6.1 Achtergrond
Bij de inventarisatie naar mogelijk maatregelen t.b.v. de veendijken is naast de opsomming in hoofdstuk 3, besloten een haalbaarheidsonderzoek te doen naar “slimmere constructies”. Dit naar aanleiding van een idee dat ontstaan is bij de WG Evaluatie INSIDE. Petar Lubking, Jan Blinde en Theo Stoutjesdijk (allen Deltares) hebben dit nader uitgewerkt. De resultaten en aanbevelingen worden in navolgende paragrafen besproken.
6.2 Inleiding
Bij dijkversterkingen wordt vanwege de toenemende druk op de ruimte (bebouwing, beplanting, natuurgebied) in toenemende mate gebruik gemaakt van constructies om ruimte en LNC waarden te sparen. Gebruikelijk is om deze constructies verticaal en aaneengesloten te plaatsen. Dit wordt vaak ook aangeduid als ‘functiescheidend scherm’, hoewel met deze term vaak erosieschermen worden aangeduid.
Met de term “functiescheidend” wordt aangeduid dat de constructie de waterkerende functie overneemt van het grondlichaam. Dit geeft ook een belangrijk bezwaar aan: er wordt niet of in beperkte mate gebruik gemaakt van de aanwezige sterkte van het dijklichaam. De werkhypothese voor deze haalbaarheidsstudie is dat dit slimmer kan. Gezocht wordt naar een vorm waarin constructie en grondlichaam zo goed mogelijk samenwerken, dus waarin optimaal gebruik gemaakt wordt van de aanwezige sterkte van het grondlichaam en waarin de constructie alleen het tekort aan sterkte moet compenseren (en dus niet de volledige waterkerende functie overneemt). Dit kan bijvoorbeeld door de damwand niet recht maar schuin te plaatsen. In onderstaande figuur is het verschil in actieve en passieve wig bij een rechte en bij een schuine damwand schematisch weergegeven.
Figuur 6.1 Schematisch verschil actieve en passieve wig bij een rechte en schuine damwand
Een minimum aan materiaalgebruik nodig is (kostenbesparend). Het voorbeeld van de dijkdeuvels laat zien dat een onderbroken constructie mogelijkerwijs voldoende kan zijn als er in 3D wordt gerekend, terwijl alle beschouwingen met doorlopende damwanden gebaseerd zijn op 2D beschouwingen. In onderstaande figuur is schematisch aangegeven dat de grond via boogwerking krachten aan een constructie af kan dragen. Uit berekeningen ten behoeve van een coupure tussen twee damwandrijen bleek dat een coupure van 20 meter mogelijk was mits de uiteinden van de damwandrijen verstevigd werden uitgevoerd.
Corporate Innovatieprogramma - cluster Waterveiligheid Innovatief Waterkeren 1204317-003-VEB-0009, Versie 01, 21 december 2011, definitief
26 van 32
Figuur 6.2 Schematische weergave afdracht krachten grond via boogwerking aan een constructie
De werkhypothese ten aanzien van de schuin geplaatste damwanden wordt getoetst door een redelijk eenvoudige analyse met PLAXIS. Aan de hand van de resultaten hiervan is het doel om een beeld te kunnen geven van de potentie van dit idee, de mogelijke opbrengsten en daarmee antwoord te kunnen geven op de vraag of de potentie zo hoog wordt ingeschat dat verdere exploratie een kans verdiend. Binnen dit oriënterende onderzoek was er niet de mogelijkheid om 3D berekeningen te doen.
6.3 Resultaten PLAXIS-analyse
Aan de hand van een beschikbare PLAXIS-schematisatie van een verticale verankerde damwand (een veel gebruikte constructievariant) in een opdrijfsituatie is een berekening gemaakt met een schuine damwand. De aanleiding hiervoor was dat in een 3D PLAXIS analyse van dijkdeuvels bleek dat de stabiliteit van een afgekeurd stuk dijk door alleen het plaatsen van de stalen palen van de dijkdeuvels (dus zonder opgeblazen groutlichaam hieromheen) al bijna voldoende was. Het idee was dat dit ook met een (onderbroken) rij damwanden zou moeten kunnen.
In PLAXIS is dit nagebootst door in de teen, halverwege het talud en in de kruin verankerde damwanden zowel verticaal als schuin te modelleren. Om hierbij een eerlijke vergelijking mogelijk te maken is voor iedere situatie een ontwerp gemaakt waarbij de damwand precies voldoet en is van dat ontwerp een schatting gemaakt van de kosten.
De resultaten zijn gegeven in onderstaande tabel. Enkel het schuin plaatsen van de damwand levert niet het beoogde voordeel op volgens de berekeningen.
Verticaal Schuin
Teen 7108 7623
Talud 6215 6774
Kruin 7846 7339
Tabel 6.1 Prijs van de damwand per strekkende meter
6.4 Nadere beschouwing resultaten
De PLAXIS-berekeningen geven niet de verwachte winst te zien, maar vergroten wel het inzicht. De mindere resultaten zijn voor een belangrijk deel toe te schrijven aan de interface tussen damwand en grond. Hier is de wrijving minder dan de hoek van inwendige wrijving van de grond (er is gerekend met tweederde phi). De grond schuift daarom af langs de damwand. Een tweede punt is dat het mogelijk ook niet meewerkt dat het een opdrijfsituatie betreft: de passieve wig doet dan te weinig om optimaal effect op de uitkomsten te hebben.
De vraag is nu gerechtvaardigd of de som het juiste antwoord geeft (en er dus weinig potentie in dit idee zit) of dat de schematisatie niet overeen komt met het werkelijke fysische gedrag. Hierin moet in ieder geval onderscheid gemaakt worden in twee situaties:
1204317-003-VEB-0009, Versie 01, 21 december 2011, definitief
er is alleen in 2D gerekend: hiermee is evident sprake van een doorlopende rij damwanden. Hierin zou in ieder geval onderzocht moeten worden wat een juiste maat voor de wrijving tussen grond en damwandplank is, maar zou ook nagedacht kunnen worden of deze met ruwheid of ribbels vergroot zou kunnen worden;
bij onderbroken damwandschermen (bijvoorbeeld: er wordt maar één op de drie damwandplanken daadwerkelijk geplaatst) is de 2D schematisatie evident onvoldoende.
6.5 Conclusies over voordelen en potentie
De oriënterende studie is vooralsnog onvoldoende om de voordelen en potentie van een schuin geplaatste constructie aan te tonen. Het is echter ook nog te vroeg om het idee af te schrijven.
De focus in een vervolg op deze studie zou op de onderbroken constructie als alternatief voor een doorlopend scherm moeten liggen. Dit is nog niet onderzocht, maar als bijvoorbeeld slechts één op de drie damwandplanken geplaatst hoeft te worden scheelt dit misschien niet tweederde van de kosten, maar waarschijnlijk wel de helft.
Minder constructie en minder zware constructie kan leiden tot een mindere hinder voor de omgeving. In de aanwezigheid van bebouwing is dat een belangrijk verschil. Nadat is gekeken naar onderbroken constructies kan in tweede instantie gekeken
worden of schuin plaatsen aanvullend voordelen biedt. Aanbevolen wordt om dit ook in 3D analyses te doen, om de werking op een correctere manier te schematiseren dan tot nu toe in de 2D analyses mogelijk was.
6.6 Nadelen en onderzoeksvragen
3D analyses zijn specialistisch, bewerkelijk en dus duur. Voor praktijktoepassing is een eenvoudiger ontwerptool wenselijk.
De wijze van uitvoeren moet nader worden onderzocht. De onderdelen van een onderbroken constructie moeten misschien wel worden gekoppeld middels een gording of iets dergelijks.
Het is (nog) niet mogelijk de elementen schuin in te trillen. Er zal dus geheid moeten worden, wat voor de aanwezige panden bezwaarlijk kan zijn, of er moeten bijvoorbeeld geboorde palen worden gebruikt, of de afstand tot de panden moet groter worden aangehouden.
De beste plaats voor de constructie en de meest optimale helling zijn nog niet onderzocht.
Er is niet gekeken naar een onderbroken constructie in plaats van een doorlopende constructie.
Er is niet gekeken naar de meest optimale constructievorm (damwand, buispaal, wel of niet verankerde constructie)
Corporate Innovatieprogramma - cluster Waterveiligheid Innovatief Waterkeren 1204317-003-VEB-0009, Versie 01, 21 december 2011, definitief
1204317-003-VEB-0009, Versie 01, 21 december 2011, definitief